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Tuesday, February 13, 2007

JAVA中对象创建和初始化过程

分析一下JAVA中对象创建和初始化过程中涉及的相关概念问题,java中栈(stack)与堆(heap),对象、引用、句柄的概念。

@Author:ZJ 06-11-25

Blog: http://zhangjunhd.blog.51cto.com/

1.Java中的数据类型

Java中有3个数据类型:基本数据类型(在Java中,boolean、byte、short、int、long、char、float、double这八种是基本数据类型)、引用类型和null类型。其中,引用类型包括类类型(含数组)、接口类型。

下列语句声明了一些变量:

以下是引用片段:
int k ;
A a; //a是A数据类型的对象变量名。
B b1,b2,…,b10000;// 假定B是抽象类或接口。
String s;

注意:从数据类型与变量的角度看,基本数据类型变量k、类类型变量a和s、抽象类或接口类型变量b(1万个),它们都是变量(标识符)。

2.关于句柄(handle)

为了区别引用类型的变量标识符和基本数据类型变量标识符,我们特别的使用Handle来称呼引用类型的变量标识符。上面例子中b1至b10000、a、s都是Handle。Handle直观的看就是手柄、把手,我们采用计算机界常用的中文翻译“句柄”。

2.1【Windows编程中的】句柄的含义

句柄是WONDOWS用来标识被应用程序所建立或使用的对象的唯一整数,WINDOWS使用各种各样的句柄标识诸如应用程序实例,窗口,控制,位图,GDI对象等等。WINDOWS句柄有点象C语言中的文件句柄。

从上面的定义中的我们可以看到,句柄是一个标识符,是拿来标识对象或者项目的,它就象我们的姓名一样,每个人都会有一个,不同的人的姓名不一 样,但是,也可能有一个名字和你一样的人。从数据类型上来看它只是一个16位的无符号整数。应用程序几乎总是通过调用一个WINDOWS函数来获得一个句 柄,之后其他的WINDOWS函数就可以使用该句柄,以引用相应的对象。

如果想更透彻一点地认识句柄,我可以告诉大家,句柄是一种指向指针的指针。我们知道,所谓指针是一种内存地址。应用程序启动后,组成这个程序的 各对象是驻留在内存的。如果简单地理解,似乎我们只要获知这个内存的首地址,那么就可以随时用这个地址访问对象。但是,如果您真的这样认为,那么您就大错 特错了。我们知道,Windows是一个以虚拟内存为基础的操作系统。在这种系统环境下,Windows内存管理器经常在内存中来回移动对象,依此来满足 各种应用程序的内存需要。对象被移动意味着它的地址变化了。如果地址总是如此变化,我们该到哪里去找该对象呢?

为了解决这个问题,Windows操作系统为各应用程序腾出一些内存储地址,用来专门登记各应用对象在内存中的地址变化,而这个地址(存储单元 的位置)本身是不变的。Windows内存管理器在移动对象在内存中的位置后,把对象新的地址告知这个句柄地址来保存。这样我们只需记住这个句柄地址就可 以间接地知道对象具体在内存中的哪个位置。这个地址是在对象装载(Load)时由系统分配给的,当系统卸载时(Unload)又释放给系统。

句柄地址(稳定)→记载着对象在内存中的地址────→对象在内存中的地址(不稳定)→实际对象

2.2Java中句柄的意义

对句柄以前的【Windows编程中的】含义有了深刻的认识,我们可以说Handle是一个我们学习Java时非常需要的术语。它的意义在于区别“对象本身”和对象变量(或者严格点:对象所属的数据类型的变量标识符)。

2.3回到1中的变量声明:

现在,你应该对下面的注释一目了然。

int k, j ;//k里面存放的是一个整型数。

A a; //a里面存放地址。

B b1,b2,…,b10000;// b1,…,b10000里面存放地址。

String s; //s里面存放地址。

  3.关于引用(reference)

  什么是“引用”? “the identifier you manipulate is actually a ‘reference’ to an object”。(Thinking in Java 2e )

  翻译是:你操纵的标识符实际上是一个对象的“引用”。或者精确些,翻译成:你操作的标识符实际上是指向一个对象的“引用”。显然,原文中reference是一个有方向感的东西。

  回到Java中来,引用可以想象成对象的身份证号码、对象的ID或者对象的手机号码。当然,更多的说法是,引用是对象在内存中住的房间号码。直观的说,对象的引用是创建对象时的返回值!引用是new表达式的返回值。

  new A(); 这里真正创建了一个对象,但我们没有用句柄去持有(hold、拿着、保存)该引用。从微观上看,new表达式完成了对象初始化的任务(三步曲,下文详细分析),整体上看则返回一个引用。

  再次回到1中的变量声明,再看看下面的注释。

  A a; //声明句柄a,但未初始化,所以里面的值为null。

  B b1,b2,…,b10000;// 声明句柄b1,…,b10000,但未初始化,所以里面的值为null。

  String s; //声明句柄s,但未初始化,所以里面的值为null。

  4.句柄与引用的关系

  A a;//声明句柄a,值为null

  a=new A();//句柄的初始化(句柄 = 引用;即把引用赋值给句柄)

  引用:new A()的值。引用可以简单的看作对象占据内存空间的地址;通过对象的引用,就可以方便的与其他对象区别开来,引用就是对象独特的身份标识。

  完成句柄的初始化后,就可以用句柄遥控对象了。

  当然,这只是从一方面解释对象的创建和初始化,理解了句柄和引用的关系后,下面分析对象初始化的整个过程。先做以下准备工作,说说栈与堆。

  5.java中栈(stack)与堆(heap)

  在java中内存分为“栈”和“堆”这两种(Stack and Heap).基本数据类型存储在“栈”中,对象引用类型实际存储在“堆”中,在栈中只是保留了引用内存的地址值。

  顺便说说“==”与“equals()方法”,以帮助理解两者(Stack and Heap)的概念。

  在Java中利用"=="比较变量时候,系统使用变量在stack(栈)中所存的值来作为对比的依据,基本数据类型在stack中所存的值就是 其內容值,而引用类型在stack中所存放的值是本身所指向Heap中对象的地址值。 Java.lang包中的Object类有public boolean equals (Object obj)方法。它比较两个对象是否相等。仅当被比较的两个引用指向同一对象时(句柄相等),对象的equals()方法返回true。(至于String 类的equals()方法,它重写(override)equals()方法,不在本文讨论之列。)

  6.对象的创建和初始化过程

  在java中对象就是类的实例。在一般情况下,当把一个类实例化时,此类的所有成员,包括变量和方法,都被复制到属于此数据类型的一个新的实例中去。分析以下两段代码。

  6.1 Vehicle veh1 = new Vehicle();

  上面的语句做了如下的事情:

  ①右边的“new Vehicle”,是以Vehicle类为模板,在堆空间里创建一个Vehicle类对象(也简称为Vehicle对象)。

  ②末尾的()意味着,在对象创建后,立即调用Vehicle类的构造函数,对刚生成的对象进行初始化。构造函数是肯定有的。如果没创建,Java会补上一个默认的构造函数。

  ③左边的“Vehicle veh1”创建了一个Vehicle类引用变量。

  ④“=”操作符使对象引用指向刚创建的那个Vehicle对象。(回想一下句柄与引用)

  将上面的语句分为两个步骤:

  Vehicle veh1;

  veh1 = new Vehicle();

  这样写,就比较清楚了,有两个实体:一是对象引用变量,一是对象本身。在堆空间里创建的实体,与在栈空间里创建的实体不同。尽管它们也是确确实 实存在的实体,但是似乎很难准确的“抓”住它。我们仔细研究一下第二句,找找刚创建的对象叫什么名字?有人说,它叫“Vehicle”。不对, “Vehicle”是类(对象的创建模板)的名字。一个Vehicle类可以据此创建出无数个对象,这些对象不可能全叫“Vehicle”。对象连名都没 有,没法直接访问它。我们只能通过对象引用来间接访问对象。

  6.2 Vehicle veh2;

  veh2 = veh1;

  由于veh1和veh2只是对对象的引用,第二行所做的不过是把veh1的引用(地址)赋值给veh2,使得veh1和veh2同时指向唯一的一个Vehicle对象。

  6.3 veh2 = new Vehicle();

  则引用变量veh2改指向第二个对象。

  从以上叙述再推演下去,我们可以获得以下结论:①一个对象引用可以指向0个或1个对象;②一个对象可以有N个引用指向它。

  7.参考资料

  ⑴阎宏,Java与模式,电子工业出版社,2006

  ⑵yqj2065,句柄、引用与对象,http://blog.csdn.net/yqj2065

  ⑶Java对象及其引用,http://java.chinaitlab.com/base

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